PENGARUH VARIASI LARUTAN ELEKTROLIT TERHADAP WARNA DAN KEKERASAN LAPISAN HASIL PROSES ANODIZING

(1)

PENGARUH VARIASI LARUTAN ELEKTROLIT TERHADAP WARNA

DAN KEKERASAN LAPISAN HASIL PROSES ANODIZING

Oleh:

Andrea Indra Lasmana, Wahono, Maftuchin Romlie Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universias Negeri Malang

Abstrak. Anodizing merupakan teknik pelapisan logam dengan cara mengonversi permukaan logam membentuk lapisan oksida secara elektrolisis, yang salah satu tujuannya adalah meningkatkan nila kekerasan lapisan dan meningkatkan kemampuanadhesi cat. Penelitian ini dilaksanakan dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh variasi larutan elektrolit terhadap warna dan kekerasan lapisan hasil proses anodizing. Elektrolit yang digunakan adalah larutan asam sulfat, larutan asam nitrat, dan larutan asam fosfat dengan persentase 15%. Spesimen adalah aluminium tipe 1100 kadar kemurnian 99,00%, tegangan 12 Volt, waktu rendam 30 menit pada room temperature, dan pewarna pada proses coloring adalah pewarna tinta warna magenta. Berdasarkan hasil analisis data, nilai kekerasan lapisan secara urut dari yang paling tinggi dihasilkan pada perlakuan anodizing menggunakan larutan asam nitrat yaitu 46,87 HV, perlakuan menggunakan larutan asam sulfat yaitu 46,40 HV, dan perlakuan menggunakan larutan asam fosfat yaitu 41,24 HV. Untuk warna yang dihasilkan pada tahap coloring didapatkan nilai ΔE* dari yang terdekat dengan standard magenta color codes adalah perlakuan menggunakan larutan asam sulfat dengan nilai 48,58, perlakuan menggunakan larutan asam fosfat dengan nilai 73,06, dan perlakuan menggunakan larutan asam nitrat dengan nilai 74,47.

Kata kunci: anodizing, coloring, elektrolit, kekerasanlapisan, warna.

―Aluminium adalah logam terpenting dari logam nonferrous, penggunaan aluminium sebagai logam tiap tahunnya adalah yang kedua setelah besi dan baja‖ (Surdia, 1985: 129). ―Dari beberapa logam yang ada, aluminium sering dipergunakan karena me-miliki sifat-sifat yang unggul seperti kuat, ringan, mudah ditempa, dan lain-lain‖ (Istiyono, 2008), sedangkan kebutuhan pasar dunia terhadap logam aluminium tidak hanya sebatas pada keistimewaan sifat fisis-nya saja, namun kini mendapat perhatian khusus dari kesan estetika, menjadikan nilai tambah dari produk yang dihasilkan. Salah satu usaha untuk meningkatkan karakteristik fisis berupa kekerasan lapisan dan kemam-puan adhesi cat guna menambah nilai

este-tika logam aluminium adalah dengan pela-pisan secara anodic, atau yang populer de-ngan sebutan anodizing. Anodizingmenurut Rajagopal (2000:250) merupakan pelapisan logam dengan cara mengoksidasi permuka-an logam aluminium secara elektrolitik ypermuka-ang tujuannya menghasilkan lapisan oksida mencapai ketebalan tertentu dan karakteris-tik lainnya. Menurut Reidenbach (1994: 1443) pembentukan lapisan oksida pada proses anodizingdipengaruhi oleh beberapa faktor seperti jenis larutan elektrolit, densi-tas arus, dan waktu saat anodizing. Peneliti-an ini bertujuPeneliti-an untuk mengetahui pengaruh variasi larutan elektrolit pada proses anodi-zing, selanjutnya akan ditemukan jenis larut-an elektrolit ylarut-ang paling memudahklarut-an

(2)

aluminium untuk menyerap warna pada proses anodic coloring dan menghasilkan kekerasan lapisan yang lebih baik diban-dingkan dengan aluminium yang tidak men-dapatkan perlakuananodizing.

METODE

Metode penelitian yang digunakan adalah metode penelitian kuantitatif, karena di dalamnya meneliti populasi dan sampel, pengumpulan data menggunakan instrument penelitian, analisis data bersifat kuantita-tif/statistik, dan dengan tujuan untuk meng-uji hipotesis yang telah diterapkan.

Data dalam penelitian ini merupakan data nilai kekerasan lapisan oksida dan nilai koordinat warna. Pada data nilai kekerasan lapisan oksida, data diolah dengan mendes-kripsikan hasil rata-rata nilai kekerasan, se-hingga digunakannya analisis data statistik deskriptif, juga digunakannya analisis data statistik inferensial parametrik yang tujuan-nya untuk menguji signifikansi perbedaan antarvariabel menggunakan uji one way anova taraf signifikasi 0,05 atau tingkat kepercayaan sebesar 95% dengan bantuan SPSS 17 for windows. Pada data nilai ko-ordinat warna, analisis data yang digunakan adalah analisis deskriptif berdasarkan nilai ΔE* untuk mengetahui perbedaan antar-varian.

Rancangan penelitian yang digunakan adalah rancangan eksperimental, karena untuk mengetahui ada atau tidak adanya pengaruh perlakuan tertentu terhadap yang lain dalam kondisi yang terkendali/terkon-trol. Rancangan ekperimental untuk peneliti-an ini berbentuk Pre-experimental Design (non design), sebab masih ada kemungkinan variabel luar yang dapat mempengaruhi variabel dependen. Dalam Pre-experimental Design (non design) penelitian ini dapat

digolongkan sebagai One Group Pretest-Posttest Design dengan bentuk penelitian yang terdapat suatu kelompok yang ada pretest sebelum diberi perlakuan (treatment) kemudian diobservasi hasil dari perlakuan tersebut.

Pada penelitian ini terdapat beberapa instrumen penelitian, yaitu instalasi anod-izingyang dibuat dan instrumen uji. Berikut merupakan spesifikasi dari instalasi anodi-zing dalam penelitian ini: (1) Bejana instalasi terbuat dari plastik PP Polipropelen (2) Dimensi bejana yang digunakan berukuran panjang 21 cm x lebar 15 cm x tinggi 13 cm dengan ketebalan sebesar 2,5 mm (3) Volume larutan yang dapat ditam-pung oleh bejana anodizing sebanyak 3 liter (4) Pada bagian atas bejana anodizing diberi plat tembaga dengan jumlah sebanyak 3 buah yang berfungsi sebagai penghantar arus listrik, pada katoda sebanyak 2 buah plat dan sebagai penghantar arus listrik anoda sebanyak 1 buah plat (5) Rectifier (DCPower Source) dengan output tegangan maksimal 12 V dan arus maksimal 10 Am-pere (6) Kabel berwarna merah sebagai pe-nghantar arus listrik anoda dengan penjepit buaya berukuran sedang untuk menjepit kabel tembaga (7) Kabel berwarna hitam sebagai pengantar arus listrik katoda dengan penjepit buaya berukuran sedang untuk menjepit kabel tembaga (8) Kawat tembaga berukuran panjang 12 cm sebanyak 3 buah dan penjepit aligator untuk penempatan benda kerja (9) 3 buah Beaker glass ukuran 0,6 liter wadah cairan kimia untuk keperluan surface treatment (10) Wadah plastik untuk keperluan rinsing, coloring, dan sealing (11) Aluminium tipe 1100 berukuran 160 mm x 130 mm sebagai katoda (12) Jarak antara Anoda dan katoda masing-masing sejauh 80 mm (13) Volume larutan elektrolit yang

(3)

digunakan sebesar 2,5 liter yang terdiri dari 85% aquades dan 15% elektrolit.Dengan bahan dalam penelitian meliputi:(1) Aluminium tipe 1100 dengan kadar kemur-nian ≥99,00% (2) Larutan asam nitrat untuk keperluan proses desmutting dan sebagai elektrolit dalam proses anodizing (3) Larut-an NaOH untuk keperluLarut-an proses etching (4) Larutan asam sulfat sebagai elektrolit dalam proses anodizing dan untuk keperluan degressing (5) Larutan asam fosfat sebagai elektrolit dalam proses anodizing (6) Aqua-des sebagai pelarut cairan kimia untuk dija-dikan larutan (7) Pewarna kimia untuk proses coloring aluminium setelah alumini-um melalui proses anodizing. Pewarna yang digunakan adalah tinta print warna magenta.

Untuk instrumen uji yang digunakan dalam penelitan ini meliputi Micro Hard-ness Vickers tipe EW-412AAT merk ESE-WAY, merupakanalat uji yang digunakan untuk mengukur tingkat kekerasan lapisan dari spesimen hasil pelapisan anodik dengan visual digital dan perhitungan nilai kekeras-an (HVN) secara otomatis, uji kekeraskekeras-an la-pisan oksida pada penelitian ini mengguna-kan Micro Hardness Vikcers mengacu pada standar ASTM E92, dan Color Reader seri CR-10, merupakan alat uji yang digunakan untuk mengukur perbedaan warna yang dihasilkan dari proses coloring yang mengacu pada kordinat warna dan CIE L*a*b* color model.

Dalam penelitian ini, spesimen yang digunakan adalah aluminium tipe 1100 dengan kadar kemurnian ≥99,00% jumlah spesimen yang digunakan yaitu sebanyak 9 spesimen, dengan tiap perlakuan diwakili tiga spesimen. Penentuan setiap perlakuan diwakili oleh tiga spesimen karena adanya asumsi dengan jumlah tersebut dirasa telah dapat mewakili hasil dengan mengambil

rata-ratanya. Hal ini direlevansikan dengan apa yang dikemukakan oleh Sugiyono (2013: 127) yaitu ―untuk populasi benda, maka jumlah sampel yang diperlukan 1% saja sudah bisa mewakili‖. Pembentukan spesimen untuk penelitian ini dilakukan dengan cara pemotongan spesimen plat alu-minium dengan tebal 1,2 mm, panjang 40 mm, dan lebar 15 mm, sebanyak 9 buah.

Prosedur penelitan meliputi: (1) Lang-kah persiapan benda kerja (2) Proses pem-buatan instalasi anodizing (3) Surface treat-ment yang dijelaskan oleh Sato (1997) dalam Indrayana (2013:14), yaitu degreas-ing, etchdegreas-ing, desmuttdegreas-ing, rinsdegreas-ing, dan drying (4) Proses anodizing (5) Pewarnaan spesimen (6) Uji warna (7) Uji kekerasan lapisan (8) Pengolahan data.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian Kekerasan Lapisan

Data nilai rata-rata kekerasan lapisan oksidaaluminium non perlakuan anodizing dan perlakuan anodizingmenggunakan vari-asi jenis larutan elektrolit asam sulfat, larut-an asam fosfat, dlarut-an larutlarut-an asam nitrat disa-jikan dalam bentuk grafiksebagai berikut.

Dari Gambar 1, tentang grafik nilai kekerasan lapisan aluminium non perlakuan anodizing dan perlakuan anodizing meng-gunakan variasi jenis larutan elektrolit asam sulfat, asam fosfat, dan asam nitrat dapat diketahui terjadi peningkatan nilai kekerasan lapisan antara aluminium yang tidak men-dapatkan perlakuan anodizing dengan alu-minium yang mendapat perlakuan anodizing dengan nilai rata-rata kekerasan lapisan dari yang tertinggi hingga yang terendah adalah anodizing dengan menggunakan jenis larut-an elektrolit asam nitrat, asam sulfat, dlarut-an

(4)

Gambar 1. Grafik Rata-Rata HasilKekerasan Lapisan Oksida Aluminium dengan Perlakuan

AnodizingJenis Larutan Elektrolit Asam Sulfat, Asam Nitrat, dan Asam Fosfat. Adapun hasil dari uji one way anova

untuk menjawab hipotesis ada pengaruh variasi larutan elektrolit terhadap kekerasan lapisan hasil proses anodizing dengan uji prasayarat normalitas dan homogenitas yang menyatakan bahwa data berdistribusi normal dan populasi adalah identik, dengan terpe-nuhinya prasyarat tersebut maka one way anova dapat dilakukan. Dari uji one way anova menyatakan bahwa nilai rata-rata ke-kerasan lapisan aluminium setelah mendapat perlakuan anodizing dengan variasi jenis larutan elektrolit asam sulfat, asam nitrat, dan asam fosfat tersebut berbeda. Signifi-kansi perbedaan mean masing-masing per-lakuan juga dapat diketahui secara jelas pa-da post hoc test yang menunjukkan mean perlakuan menggunakan larutan elektrolit asam sulfat dan perlakuan menggunakan la-rutan elektrolit asam nitrat tidak memiliki perbedaan yang signifikan.

Menurut Mukhorov (2008) ketebalan dan kekerasan lapisan oksida tergantung pada jenis dan komposisi elektrolit yang

digunakan. Dari faktor elektrolit yang di-gunakan dalam proses anodizingpada pene-litian ini, perbedaan nilai kekerasan lapisan dari setiap perlakuan dipengaruhi oleh bebe-rapa faktor, yaitu golongan larutan elektro-lit, derajat ionisasi larutan, konsentrasi ion [H+] pada larutan, serta sifat dari senyawa asam dalam larutan.

Pengujian Warna

Pewarna yang digunakan dalam proses anodic coloring pada penelitian ini meng-gunakan tinta print warna magenta. Warna yang dihasilkan pada lapisan diukur dengan menggunakan color reader CR-10, kemu-dian dihitung nilai ΔE* (Total perbedaan warna) dengan menggunakan rumus:

ΔE*ab=

Untuk warna magenta sendiri, dalam CIE derajat L*, a*, dan b* ditentukan seperti pada Tabel 1.

(5)

Tabel 1. Magenta Color Codes

Hex color code #ff0097 CIE-LAB 55.583, 86.354, -8.641

RGB decimal rgb (255, 0, 151) XYZ 46.827, 23.5, 31.347 RGB percent rgb (100%, 0%, 59.2%) XyY 0.461, 0.231, 23.5

CMYK 0, 100, 41, 0 CIE-LCH 55.583, 86.786, 354.286 HSL hsl (324.5, 100%, 50%) CIE-LUV 55.583, 131.38, -28.652 HSV (or HSB) 324.0, 100, 100 Hunter-Lab 48.476, 87.594, -4.406

Web safe #ff0099 RGB Binary 11111111, 00000000, 10010111 (sumber: https://colorlib.com/etc/metro-colors/)

Tabel 2. Hasil Warna Lapisan dengan Perlakuan AnodizingVariasi Jenis Larutan Elektrolit Asam Sulfat, Asam Nitrat, dan Asam Fosfat serta ΔE* terhadap CIE-LAB Magenta Color Codes

No. Perlakuan Spesimen koordinat warna ΔE*

L* a* b* 1 Asam Sulfat 1 44,65 40,25 2,4 2 46,05 38,4 1,05 3 47,3 39,65 -5 Rata-rata 46 39,43 -0,51 48,58 2 Asam Nitrat 1 79,9 14,65 -3,7 2 78,7 16,6 -6,1 3 78,7 16 -7,65 Rata-rata 79,1 15,75 -5,81 74,47 3 Asam Fosfat 1 45,65 13,6 -4 2 45,3 14,25 -4,45 3 45,25 14,65 -3,4 Rata-rata 45,4 14,16 -3,95 73,06

Berikut merupakan hasil warna la-pisan dengan perlakuan anodizing variasi jenis larutan elektrolit asam sulfat, asam ni-trat, dan asam fosfat serta ΔE*terhadap CIE-LAB magenta color codes.Berikut gambar hasil warna permukaan spesimen dengan perlakuan anodizing menggunakan jenis larutan elektrolit asam sulfat.

Gambar 2. Warna Permukaan Spesimen Hasil Perlakuan Anodizing dengan Elektrolit Asam

Sulfat

Jika mengamati gambar spesimen di atas, dapat kita lihat bahwa warna yang dihasilkan dari perlakuan anodizingdengan menggunakan jenis larutan elektrolit asam sulfat menghasilkan warna lapisan kemerah-an pekat, sedkemerah-angkkemerah-an warna pada pewarna yang digunakan adalah magenta. Dari tabel 2 tentang hasil warna permukaan spesimen perlakuan anodizing menggunakan larutan elektrolit asam sulfat, dapat disimpulkan nilai rata-rata dari koordinat L* adalah 46, koordinat a* adalah 39,43 yang menyatakan warna tersebut berada pada area kemerahan, dan koordinat b* adalah -0,51 yang me-nyatakan warna tersebut berada di area kebi-ruan, dan nilai ΔE* = 48,58 dengan pem-banding magenta color codes.

(6)

Berikut gambar hasil warna permuka-an spesimen dengpermuka-an perlakupermuka-an permuka-anodizing menggunakan jenis larutan elektrolit asam nitrat.

Nitrat

Jika mengamati gambar spesimen di atas, dapat kita lihat bahwa warna yang dihasilkan dari perlakuan anodizing dengan menggunakan jenis larutan elektrolit asam nitrat menghasilkan warna lapisan keungu-an, sedangkan warna pada pewarna yang digunakan adalah magenta. Dari tabel 2 tentang hasil warna permukaan spesimen perlakuan anodizing menggunakan larutan elektrolit asam nitrat, dapat disimpulkan ni-lai rata-rata dari koordinat L* adalah 79,1, koordinat a* adalah 15,75 yang menyatakan warna tersebut berada pada area kemerahan, dan koordinat b* adalah -5,81 yang me-nyatakan warna tersebut berada di area kebiruan, dan nilai ΔE* = 74,47 dengan pembanding magenta color codes. Berikut gambar hasil warna permukaan spesimen dengan perlakuan anodizing menggunakan jenis larutan elektrolit asam fosfat.

Jika mengamati gambar spesimen di atas, dapat kita lihat bahwa warna yang di-hasilkan dari perlakuan anodizing dengan menggunakan jenis larutan elektrolit asam fosfat menghasilkan warna lapisan merah pucat sedangkan warna pada pewarna yang digunakan adalah magenta.

Fosfat

Dari Tabel 2 tentang hasil warna permukaan spesimen perlakuan anodizing menggunakan larutan elektrolit asam fosfat, dapat disimpulkan nilai rata-rata dari koordinat L* adalah 45,4, koordinat a* adalah 14,16 yang menyatakan warna tersebut berada pada area kemerahan, dan koordinat b* adalah -3,95 yang menyatakan warna tersebut berada di area kebiruan, dan nilai ΔE* = 73,06 dengan pembanding magenta color codes.

Perbedaan kemampuan penyerapan warna oleh lapisan oksida hasil proses ano-dizing menurut Lowenheim (1978) disebab-kan oleh perbedaan struktur dari lapisan ok-sida berupa ukuran porous yang terbentuk dari setiap jenis elektrolit yang digunakan, juga dipengaruhi oleh ketebalan lapisan ok-sida yang nilainya berbanding lurus dengan kekerasan lapisan oksida. Disimpulkan bah-wa karakteristik dari lapisan oksida yang terbentuk akan sangat mempengaruhi adhesi pewarnaan.

PENUTUP

Kesimpulan

Berdasarkan penelitian ―Pengaruh Va-riasi Larutan Elektrolit terhadap Warna dan Kekesaran Lapisan Hasil Proses

(7)

Anodi-zing‖dapat ditarik kesimpulan sebagai beri-kut. (1) Ada pengaruh variasi larutan elek-trolit terhadap kekerasan lapisan hasil proses anodizing, yang dibuktikan dari perbedaan nilai rata-rata kekerasan lapisan ditiap perlakuan, dengan nilai kekerasan dari yang paling tinggi ke rendah adalah perlakuan anodizingdengan menggunakan larutan asam nitrat yaitu 46,87 HV, perlakuan menggunakan larutan asam sulfat yaitu 46,40 HV, dan perlakuan menggunakan larutan asam fosfat yaitu 41,24 HV. (2) Ada perbedaan warna lapisan yang dihasilkan dari proses coloring dengan memvariasikan jenis larutan elektrolit pada proses anodi-zing, yang dibuktikan oleh nilai ΔE* dari yang terdekat dengan standard magenta color codes adalah perlakuan menggunakan larutan asam sulfat dengan nilai 48,58, per-lakuan menggunakan larutan asam fosfat de-ngan nilai 73,06, dan perlakuan mengguna-kan larutan asam nitrat dengan nilai 74,47.

Saran

Berdasarkan hasil penelitian,

terda-pat beberapa hal yang disarankan, antara lain: (1) Melakukan penelitian dengan mem-variasikan parameter-parameter lain yang dapat mempengaruhi proses anodizing, sa-lah satunya adasa-lah memvariasikan jenis elektrolit yang belum diteliti serta mem-perhatikan konsentrasinya. (2) Dalam proses anodizing, sebaiknya diperhatikan tingkat kemurnian aluminium pada benda kerja yang akan dikerjakan, karena semakin tinggi kadar kemurnian aluminium, maka semakin baik pula hasil anodizing yang berdampak pada warna yang dihasilkan dari proses coloring. (3) Pihak Industri agar berhu-bungan baik dengan pihak akademis, guna penyebaran informasi tentang teknologi terbaru dan perkembangan IPTEK.

DAFTAR RUJUKAN

Indrayana, Wanda. 2013. Pengaruh Kuat Arus dan Tegangan Listrik terhadap Kekerasan dan Ketebalan Lapisan Permukaan Aluminium 6061 Hasil Hard Anodizing dengan Konsentrasi 1 mol Asam Fosfat. Skripsi tidak di-terbitkan. Malang: Universitas Brawi-jaya.

Istiyono E., Sari R.Y.A. & Adi B.S. 2008. Pengelolaan Limbah Industri Penye-puhan Logam Perak (Elektroplating) Di Lingkungan Pengrajin Perak Keca-matan Kotagede. Artikel Program Penerapan IPTEKS. 023/SP2H/P-PM/DP2M/II/2008.

Lowenheim , F.A. 1978. Electroplating. New York: McGraw-Hill Book Com-pany.

Mukhurov, N.I., Zhvayi, S.P., Terekhov, S.N. 2008. Influence of Electrolyte Composition on Photoluminescent Properties of anodic Aluminum Oxide. Journal of Aplied Spectroscopy, Vol.75:214-217.

Rajagopal, C. 2000. Convension Coating A Reference for Phospatic, Chromating, and Anodizing Process. New Delhi, India: Tata Mcgraw-Hill Publishing Company.

Reidenbach, F. 1994. ASM Handbook: Sur-face Engineering, Vol. 5. ASM Inter-national: Materials Park.

Sato.1997. Theories of Anodized Alumi-nium-100 Q&A, (Online), (http://ww-w/mc .mat. shibaura-it.ac.jp/-plaza/in-dex.html), diakses 23 Oktober 2015.

(8)

Standart Test Method For Vickers Hardness Of Metallic Material. 1997. ASTM Standards

Sugiyono. 2013. Metode Penelitian Kuanti-tatif KualiKuanti-tatif dan R&D. Bandung: Alfabeta.

Surdia, Tata & Saito Shinroku. 1985. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: Pradnya Paramita.